Блогнот. Максим Тимофеев: климатические катастрофы прошлого глазами байкальских рачков

— Что это?

— Глаз. Человеческий глаз.

— Стеклянный?

— Настоящий. Принято считать, что в зрачке убитого остается изображение убийцы в

последний момент перед смертью. Я провел ряд опытов и могу с уверенностью сказать:

абсолютная чепуха!

«Приключения Шерлока Холмса и доктора Ватсона»

Ученые и медики давным-давно опровергли фантазии о том, что глаза могут хранить отображение катастрофических событий, с которыми сталкивались их владельцы. По крайней мере, убийцы в них точно не отображаются. Но что же насчёт других неприятностей? Могут ли глаза живых существ рассказать нам что-то о прошлом?

Оказывается, действительно могут. Так, глаза байкальских эндемичных рачков амфипод рассказали исследователям Байкала кое-что о древних климатических катастрофах. Причем, как часто происходит в науке, открытие сделано совершенно случайно и совсем по другому поводу. Но обо всём по порядку.

Итак, молодые ученые НИИ биологии ИГУ, под руководством к.б.н. Polina Drozdova и при поддержке Российского научного фонда решили изучить разнообразие зрительных белков опсинов у байкальских амфипод.

Первоначальные задачи исследования были довольно утилитарными: ученые занимались поиском новых опсинов, поскольку одно из потенциальных применений этих белков – технологии оптогенетики. Почему же байкальские обитатели, а именно эндемичные рачки-амфиподы, стали объектами такого исследования? Это напрямую связано с особенностями экосистемы озера. Ведь Байкал — единственное озеро на нашей планете, в котором благодаря насыщенности кислородом толщи воды пресноводные организмы могут обитать до глубин больше полутора километров. При этом, если в литорали Байкала свет проникает на глубины до 40 метров, то, начиная с глубины более 100 метров, света практически нет, там всегда стабильная холодная температура и очень темно.

В темноте больших глубин обитает множество самых разных животных, но наибольшее разнообразие получили именно рачки-амфиподы. Всего амфипод в Байкале около 350 видов и подвидов, и у абсолютного большинства из них большие фасеточные глаза. Для многих видов рачков форма и цвет глаз даже являются видоспецифичными признаками, что говорит о важности зрения для этих рачков.

На молекулярном уровне за зрение у всех животных отвечают зрительные пигменты, состоящие из белков опсинов и их кофакторов — производных витамина A. Если у организма есть лишь один такой белок, то он различает только интенсивность света, а если таких белков несколько, то формируется цветное зрение. Именно потенциальное разнообразие опсинов у 350 видов байкальских рачков и заинтересовало учёных.

**

Для начала исследователи провели анализ нуклеотидных последовательностей опсинов у почти 90 видов амфипод со всего мира. Этот анализ показал, что всего у амфипод встречается только два класса опсинов, а внутри класса может быть до пяти разных белков. Такой анализ не позволяет точно оценить их спектральную чувствительность, однако по последовательности представители этих двух классов сходны с опсинами, чувствительными соответственно к средней (голубому цвету) и длинноволновой частям спектра (зелёный, желтый, красный).

Здесь важно отметить, что байкальские амфиподы не обладают единым происхождением: предполагается, что их предки проникали в озеро как минимум дважды с разницей в миллионы лет. Поэтому ученые ожидали обнаружить молекулярные различия, связанные с давностью нахождения видов и длительности их приспособления к особым Байкальским условиям.

Неожиданно для ученых выяснилось, что у всех без исключений групп байкальских бокоплавов обнаружены опсины только второго класса и начисто отсутствуют опсины первого класса. При этом у родственных видов из других водоемов, обе группы опсинов вполне имеются. Это говорит о том, что все виды байкальских амфипод, независимо от происхождения и времени нахождения в Байкале, в силу неких причин разом потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков.

Но на этом потери зрения в истории байкальских рачков не заканчиваются. Второй класс опсинов амфипод, в свою очередь, тоже делится на два подкласса, и один из них также оказался утерян у всех исследованных глубоководных видов. Более того, установлено, что байкальские бокоплавы, которые регулярно встречаются на глубинах глубже 200 метров, вообще имеют только один опсин, а значит, они утратили цветное зрение и воспринимают мир чёрно-белым.

**

Биологи хорошо знают, что эволюционный процесс может идти несколькими путями: наиболее часто в виде постепенного накопление мутаций и новых признаков в популяциях, при этом в разных популяциях идет накопление разных признаков. Случаи радикального изменение одного и того же признака в независимо эволюционирующих группах (именно это мы и видим у байкальских рачков) обычно свидетельствуют о радикальных же изменениях условий среды обитания. Чаще всего это какие-то глобальные и катастрофические процессы, будь то массовые выбросы вулканов, падения метеоритов, глобальное потепление или, наоборот, похолодание. И именно последнее может дать отгадку причинам массовой утраты байкальскими рачками целого класса белков, когда-то обеспечивавших зрение в средневолновом диапазоне спектра.

Если мы посмотрим на климатическую историю Байкала, то мы увидим, что озеро неоднократно проходило через периоды как потеплений, так и похолоданий. При этом, по мнению ряда исследователей, в отдельные периоды своей истории озеро могло быть покрыто льдом практически полностью, что сопровождалось массовым вымиранием и перестройками экосистем.

При оледенениях многие обитатели Байкала могли быть отрезаны от прибрежной зоны из-за промерзания литорали. Очевидно, что среди них были и байкальские рачки-амфиподы, наибольшее разнообразие которых обитает (и, видимо, всегда обитало) в зонах небольших глубин. В периоды оледенений, которые длились не год и даже не один век, все эти виды должны были находиться в крайне неблагоприятных стрессовых условиях, адаптироваться к длительному выживанию под внушительным слоем льда.

При обитании в постоянно сниженном количестве света развитое зрения рачкам, видимо, оказалось ненужной опцией. Более того, при обитании в условиях крайне неблагоприятной среды, возникла необходимость максимально «оптимизировать» все энергетические расходы у подлёдных обитателей. Поэтому эволюция быстро отсекла все лишнее у рачков, и в том числе под оптимизацию попала одна из групп светочувствительных белков. Поэтому мы и видим утрату данного признака у всех без исключения байкальских амфипод. Когда же условия в Байкале вернулись к более тёплым и рачки вновь заселили мелководья, восстановить утраченное разнообразие белков им было уже невозможно.

Амфиподы, которые остались жить на больших глубинах, пошли еще дальше: они еще больше редуцировали свое зрение до одного опсина и отказались от функции цветного восприятия, а немногочисленные виды, как, например, глубоководные рачки-гаряевии (Garjajewia sarsi) так и вообще стали слепыми, с полностью отсутствующими глазами как органами.

Интересно, что сохранение у многих амфипод обоих подклассов второго класса опсинов говорит о том, что слой льда все-таки не был настолько толстым, чтобы погрузить всех рачков в полную темноту, в которой ныне обитают глубоководные виды. Вероятнее всего, лёд, будучи достаточно прозрачным, что требовало сохранения цветного восприятия, очевидно, позволял фотосинтезирующему фитопланктону поддерживать условия для сохранения жизни подо льдом. Именно этот факт, скорее всего, и позволил выжить и сохраниться множеству эндемичных видов Байкала, включая и изучаемых амфипод.

**

Итак, ученые, занимаясь поиском и описанием белков опсинов, обнаружили новое подтверждение тому, что ранее в ходе своей длительной истории Байкал неоднократно сталкивался с глобальными экосистемными вызовами, имеющими выраженные эволюционные последствия.

Скорость, с которой идет эволюция в Байкале, довольно впечатляющая.

Новый пример со зрением байкальских амфипод тслужит хорошей иллюстрацией того, как климатические катастрофы могут драматическим образом отражаться на всей экосистеме, на ее доминирующих группах и организмах. Совершенно очевидно, что прошедшие оледенения пережили далеко не все виды из многообразной фауны Байкала предшествующих периодов — только наиболее приспособленные и адаптированные смогли дойти до нашего времени. Но даже и у них мы видим эволюционные «шрамы» - явные следы тех катастрофических событий. Событий, о которых мы можем узнать и увидеть буквально глазами самих байкальских рачков.

Исследование опубликовано в журнале BMC Ecology and Evolution.

Новости Прибайкалья - в Вайбере. Только эксклюзив! Подписывайтесь!

Читайте нас в Одноклассниках!

Читайте нас в Телеграме!

URL: https://babr24.com/irk/?IDE=214153

bytes: 9202 / 8543

Обсудить на форуме Бабра в Telegram

Поделиться в соцсетях:

Автор текста: Миша Ковальски, научный обозреватель.

На сайте опубликовано 1553 текстов этого автора.

Другие статьи в рубрике "Наука и технологии" (Иркутск)

Как выживали люди Восточных Саян, и откуда появилась монгольская нация?

С жизнью древних людей и климатическими явлениями на территории Восточного Саяна познакомится команда иркутских археологов. Маршрут ученых пройдет по двум районам Бурятии и Республике Тыва.

Есения Линней

Наука и технологииОбществоБурятия Иркутск Монголия

3279

28.07.2022

Студенты ИРНИТУ создадут промышленного робота для En+ Group за ₽11 миллионов

Робот призван упростить процесс диагностики водопроводящих трактов на гидроэлектростанциях и повысит безопасность. Компания En+ Group направила 11 миллионов рублей на поддержку инновационного студенческого проекта «Разработка робота для обследования трубопроводов».

Соня Ломачевская

Наука и технологииЭкономика и бизнесЖКХИркутск

5654

19.07.2022

Тайны глубин: ученые из России и Монголии возьмутся за совместное изучение Хубсугула

Ученые двух стран планируют создать команду по цифровому мониторингу озера Хубсугул. Российские ученые поделятся с коллегами опытом работы на Байкале, что позволит двум сторонам расширить возможности в научной сфере.

Есения Линней

Наука и технологииЭкологияРоссия Монголия Иркутск

8096

13.06.2022

Новые и неизбранные лица иркутской РАН

2-го июня 2022 года состоялось общее собрание членов Российской академии наук на тему «Выборы новых членов Российской академии наук». В этой статье Бабр расскажет о тех, кто получил новые и заветные места, а кто остался у разбитого корыта. Так, директор Института систем энергетики им. Л.А.

Миша Ковальски

Наука и технологииИркутск

3201

06.06.2022

Геном погибшего мужчины в Помпеях извлекли спустя 2000 лет

Если человек из прошлого попадёт в современный мир, то в ужасе не сможет адаптироваться под новые реалии? Мировая наука достигла таких результатов, что это уже не кажется просто сюжетом для фантастического фильма, а является вполне реалистичной идеей.

Миша Ковальски

Наука и технологииИсторияМир

1892

01.06.2022

Теперь в пустыне не страшно. Учёные научились добывать воду из воздуха

Только 3% от всех водных ресурсов Земли — пресная вода. Из них две трети спрятаны в замёрзших ледниках или недоступны для использования. Уже сегодня более 40% населения мира (2,2 миллиарда человек) живёт в местах, где в той или иной степени ощущается недостаток водных ресурсов.

Миша Ковальски

Наука и технологииЭкологияМир

5323

30.05.2022

Единственное млекопитающее Байкала отмечает праздник, не заедая омулем

25 мая в России отмечают День Нерпёнка. Нерпята — детёныши нерпы, единственного млекопитающего озера Байкал. Самое время вспомнить, или узнать, о жизни байкальской нерпы.

Миша Ковальски

Наука и технологииЭкологияИркутск Байкал Бурятия

6627

27.05.2022

На 44 часа в год люди спят меньше из-за глобального потепления

Исследование показывает, что из-за глобального потепления люди стали хуже спать, особенно женщины и пожилые люди, у которых есть проблемы со здоровьем. Глобальное потепление, в частности повышение температуры, урезает часы сна у людей по всему миру. Об этом сообщает международная команда учёных.

Миша Ковальски

Наука и технологииЗдоровьеЭкологияМир

5002

26.05.2022

Микропластик из масок попадает в лёгкие

Британские учёные обнаружили частички пластика в человеческих лёгких у 11 из 13 пациентов в хирургическом отделении. Пластиковые волокна были найдены в нижних отделах лёгких живых пациентов. По словам учёных, они попадают в лёгкие из масок, которые люди вынуждены носить из-за COVID-19.

Миша Ковальски

Наука и технологииЗдоровьеЭкологияМир

8318

26.04.2022

Последний динозавр: найдены останки ящера, погибшего от того самого астероида

Динозавры жили на Земле всю мезозойскую эру, в триасовый, юрский и меловой период. Это приблизительно от 225 миллионов лет назад до 66 миллионов лет назад. Время правления динозавров в 50 раз больше, чем период от появления первого человека до сегодняшнего дня.

Миша Ковальски

Наука и технологииМир

2233

14.04.2022

На Байкале случайно нашли древние орудия труда

На сегодняшний день известно, что первые люди на Байкале появились в середине II тысячелетия до нашей эры. То были племена глазковской культуры, являющиеся предками эвенков. На смену им примерно в I тысячелетии до нашей эры пришла культура плиточных могил, то есть древние монголы.

Миша Ковальски

Наука и технологииИсторияИркутск Байкал

3772

10.04.2022

Первым делом самолеты: в Томске выпустили аналог импортного оборудования для МС-21

Томские ученые выпустили аналог импортных конвертеров озона для самолета МС-21 – российского конкурента Boeing-737 и Airbus A320. Разработка будет превращать опасный для человека газ в кислород. Раньше такие конвертеры изготавливали только в США и Германии.

Пепел

Наука и технологииТранспортТомск Иркутск Россия

9439

23.03.2022

Лица Сибири

Чонский Сергей

Набоков Юрий

Апрелков Николай

Никитина Татьяна

Хрупин Сергей

Головных Иван

Шиндяев Владислав

Оленникова Мария

Суходолов Александр

Романова Яна